前言

昨天我們用 QEMU 成功跑起自己的 Kernel，但 Kernel 怎麼從「完全沒電」的狀態，到可以開始執行我們寫的程式呢？
今天我們就來揭開 Linux Booting（開機） 的流程，理解它如何一步步掌控整個系統

什麼是 Booting？

Booting 就是「開機流程」，負責把電腦從關機狀態喚醒，然後載入作業系統。

可以把它想像成：

1. 電腦從睡眠中醒來
2. 系統 BIOS / UEFI 檢查硬體
3. 尋找可以啟動的磁碟或映像
4. 將 Linux Kernel 載入記憶體，交給它完全控制

Linux Booting 流程概覽

Linux 的 Booting 可以分成幾個階段：

1. BIOS / UEFI 初始化

• 開機時，CPU 先執行 BIOS 或 UEFI 固件
• 檢查硬體（RAM、CPU、磁碟）是否正常
• 根據設定找出啟動裝置（Boot Device）

2. Bootloader 載入

• 常見 Bootloader：GRUB

• 功能：

  • 選擇 Kernel 版本
  • 將 Kernel 與 initramfs 載入記憶體
  • 將控制權交給 Kernel

• 在 QEMU 測試時，如果直接用 -kernel，其實 Bootloader 步驟被省略，由 QEMU 幫我們跳過

3. Kernel 初始化

• Kernel 開始執行 start_kernel() 函數

• 初始化：

  • 記憶體管理 (Memory)
  • 排程器 (Scheduler)
  • 中斷 (Interrupts)
  • 驅動程式 (Drivers)

• 這時候，Kernel 已經可以管理硬體了

4. 根檔系統 (Root Filesystem) 啟動

• Kernel 掛載 initramfs 或根磁碟
• 啟動第一個進程 /sbin/init 或 systemd
• 系統正式進入 User Space，可以執行應用程式

Booting 在 QEMU 的應用

qemu-system-x86_64 \
  -kernel arch/x86/boot/bzImage \
  -initrd initramfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyS0" \
  -nographic

• QEMU 幫我們模擬了 Bootloader
• Kernel 從 bzImage 開始初始化
• initramfs 提供最基本的根檔系統，Kernel 才能成功進入 User Space

如果成功，終端機會顯示 Kernel log，最後看到 /init 啟動訊息。

總結

• Booting 是 Linux 系統從零開始啟動的完整流程

• 核心階段：BIOS/UEFI → Bootloader → Kernel Init → Root FS → User Space

• 在 QEMU 測試時，我們可以快速觀察 Kernel 的啟動過程，理解每個階段的作用

• 理解 Booting，對 Kernel 開發、模組測試、資安研究都非常重要